高功率掺铥光纤放大器中受激布里渊散射效应研究

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由于工业需求的不断提升,2μm激光的输出功率有待提高,单纯的使用激光器已经无法使之满足需求,所以,基于主振荡光功率放大(MOPA)结构的高功率掺铥光纤放大器成为了研究的热点。但是MOPA结构双包层掺铥光纤放大器的输出功率在很大程度上受限于光纤的非线性效应,其中受激布里渊散射(SBS)效应的阈值较低,最易产生,其影响也最明显。要提高光纤放大器的输出功率,对于光纤放大器中SBS效应的研究是不可缺少的。  本文采用基于MOPA结构的双包层掺铥光纤放大器来获得高功率2μm波段激光,并对掺铥光纤放大器及其中的SBS效应做了全面的理论分析和实验研究,探索提高其输出功率及抑制其中的SBS效应的方法,具体研究如下:  (1)建立了在考虑SBS效应情况下的MOPA结构双包层掺铥光纤放大器的理论模型,以此为基础讨论掺铥光纤放大器的输出功率及其中SBS效应的影响因素。研究决定采用牛顿迭代法联合龙格-库塔法的方法对该理论模型进行求解,并得到该理论模型的边界值。  (2)对掺铥光纤放大器的理论模型进行仿真,观察了光纤长度、泵浦功率、Tm3+掺杂浓度、光纤中温度分布等因素对MOPA结构双包层掺铥光纤放大器中的SBS效应及其输出功率的影响,得出了在提高放大器输出功率的同时有效抑制放大器中SBS效应的方法。本文研究得到最优光纤长度,采用27m长度光纤获得了25W的光纤放大器输出功率和20%放大器转换效率。  (3)实验部分采用的是自行搭建的全光纤的掺铥光纤种子光源及放大器。高稳定性的全光纤掺铥种子光的中心波长为1941 nm,信噪比约为60dB。当双包层掺铥光纤放大器的抽运功率达到2.15W时,放大器的输出功率可以达到0.766W。
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